Ziel der Entwicklung
Biotechnologische Prozesse sind in ihrer Reaktionskinetik vom Zustand der Mikroorganismen abhängig. Aufgrund der Einschränkungen bei der Verwendung von genetisch modifizierten Organismen können lediglich physikalische Verfahren zur Steigerung der Viabilität und Vitalität der Mikroorganismen eingesetzt werden. Einen solchen Ansatz verfolgt die Behandlung von Hefezellen mit gepulsten Elektrischen Feldern (PEF).
Diese Technologie wirkt auf Zellebene und soll die Aktivität (Stoffumsatz) der Hefezellen steigern, um biotechnologische Prozesse zu beschleunigen. In diesem Projekt wurde eine potenzielle Anwendung in biotechnologischen Prozessen der Brauereiindustrie, beispielsweise der Hefepropagation und der Fermentation von Bierwürze, untersucht. Positive Effekte wie ein beschleunigter Extraktabbau während der Hauptgärung sowie eine forcierte Biomassebildung während der Hefepropagation können die Produktionsdauer verkürzen und die Effizienz der Hefepropagation steigern. Folglich kann die Kapazität des Gärkellers erhöht werden. Daraus resultieren erhebliche Kosteneinsparungen.
Vorteile und Lösungen
Es wurden Hefepropagationen von Saccharomyces pastorianus ssp. carlsbergensis, Stamm W34/70 in Vollwürze in einem Miniatur-Propagator vorgenommen. In Intervallen wurde das Propagationsmedium und die darin enthaltene Hefepopulation gepulsten elektrischen Feldern ausgesetzt. Dafür wurde ein PEF-Generator von einem Projektpartner für den Einsatz im Technikumsmaßstab angefertigt und in die bestehende Anlage integriert. Die Propagationsmedien wurden über den Verlauf beprobt und Daten zur Zelldichte, Viabilität, sowie den stofflichen Veränderungen im Propagationsmedium erhoben. Parallel wurden Teilmengen des Mediums nach initiativer Belüftung und PEF-Behandlung in einen Laborfermenter überführt und Fermentationen vorgenommen. Diese wurden ebenfalls beprobt und Daten erhoben. Die erhobenen Daten der Versuchsreihen bei unterschiedlich intensiven PEF-Behandlungen wurden mit Referenzversuchen verglichen, um günstige Parameter der PEF-Behandlung zu identifizieren. Im Rahmen dieses Projektes konnten nebst ersten Erfahrungen mit der Technologie und ihrer Implementierung in Prozesse der Brauindustrie auch ein Bereich günstiger Parameter für die Behandlung von Hefepopulationen festgestellt werden. Dieses Wissen ist bei der Bearbeitung möglicher Folgeprojekte äußerst hilfreich, um Verbesserungen an der bestehenden Versuchsanlage vorzunehmen und diese so für den Markt tauglich zu machen. Zudem können durch weitere Versuche mögliche weitere Effekte untersucht und die bestehende Datenbasis um neue Daten ergänzt werden.
Zielgruppe und Zielmarkt
Diese innovative Technologie richtet sich grundsätzlich an die biotechnologische Industrie, welche mit lebenden Zellen arbeitet, um über Stoffumsätze Stoffwechselprodukte oder die Mikroorganismen selbst zu erzeugen, beziehungsweise zu vermehren. In diesem Projekt wurde die Auswirkung der Technologie auf Hefezellen untersucht, welche in der Biotechnologie jedoch für die Herstellung zahlreicher Produkte eingesetzt werden. Zielmärkte sind nebst der chemischen und pharmazeutischen Industrie auch die Lebensmittelindustrie für welche die Versuche in diesem Projekt ausgelegt wurden. Dabei wirken sich die Vorteile der Technologie bereits auf Betriebe und Produktionen kleinerer Größenordnung aus, wobei mit steigenden Skalierungen die wirtschaftliche Bedeutung zunimmt. Sollte durch weitere Forschung eine marktreife Anlage zur individuellen Erzeugung gepulster elektrischer Felder entwickelt werden, könnte diese mit kleineren Umbauten in bestehende Produktionsanlagen integriert werden. Aufgrund der Größe und des Umfangs der Zielgruppen sind die möglichen finanziellen Vorteile als groß einzuschätzen. Für die VLB bildet dieses Projekt die Basis für weitere Forschung, die Multiplikation von Forschungsergebnissen durch unsere Kommunikationskanäle, sowie neue Themen für die Beratung der Industrie.
